CN102036435A - 一种光色调制方法及光色可变的发光二极管光源模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光色调制方法与光色可变的LED光源模块,适于调制出预定色坐标或预定演色性的混合光。此LED光源模块具有第一宽频谱LED、第二宽频谱LED及控制单元。第一、二宽频谱LED分别被控制单元调变而产生第一宽频谱单色光与第二宽频谱单色光。第一宽频谱单色光与第二宽频谱单色光的半波宽大于20并具有相异的色坐标。因此,经控制单元的适当调变,由第一、二宽频谱单色光所混合而成的混合光的色坐标将落在第一、二宽频谱单色光的色坐标的联机上,且具有预定的演色性。采用本发明的上述本发明的光色调制方法与光色可变的LED光源模块,可以调制出预定色坐标、色温或演色性的光线,并得到光频谱连续的混合光。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管光源模块,特别涉及一种光色可变的LED光源装置及光色调制方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是由半导体材料所制成的发光组件,其具有体积小、寿命长、低驱动电压、耗电量低、耐震性佳等优点。目前LED已广泛应用于指示灯、照明与背光源(backlight)等领域。
一般照明用的光大都为白光,而由于单一LED芯片的发光频谱窄,且本身无法发出白光,因而,需要借由一些技巧来达到产生白光的目的。目前常见产生白光的方法有二种。一种为利用蓝光LED产生的蓝光激发荧光粉而产生黄光,此产生的黄光与蓝光混合后以形成白光;第二种是同时使用红光LED、绿光LED及蓝光LED来混合成白光。
不同光色的光,有不同的色温度(Color Temperature,以下简称色温),例如,当光源色温在3000K以下时,光色开始有偏红的现象,给人温暖的感觉;色温超过5000K时,颜色则偏向蓝光,给人清冷的感觉。因此,光源色温的高低变化将影响室内的气氛。为了能让使用者可以调控室内照明的色温,现有的LED光色可调模块多半使用由红光LED、绿光LED及蓝光LED来混光得到光色可变的LED模块。由于单色光LED的发光频谱普遍不宽,属于窄频谱光源,因此,混光出来的白光色频谱大多连续性不佳,进而使得其演色性(colorrendering index,CRI)不佳。对照明领域的应用而言,其所需白光的质量要求较高,需要较连续的光谱(例如:白光需要高演色性)。而使用现有的红光LED、绿光LED及蓝光LED来调变光色的方法,无法得到频谱较连续的光谱(意即具高演色性的白光)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种光色调制方法及光色可变的发光二极管光源模块,以借由该调制方法而产生光频谱较为连续的光线,并得到高演色性的白光。
本文以下所谓“一个以上”、“二个以上”、“三个以上”、“至少一个”乃具连本数计算;“多个”不包含一个。
为实现上述目的,依据本发明的光色调制方法,其包含调变多个具高演色性的白光发光二极管(LED)以产生至少第一白光与第二白光、其后再混合第一白光与第二白光,此第一白光与第二白光的色坐标相异,且第一白光与第二白光的演色性大于或等于85,较佳状态可令至少一白光的演色性为大于或等于90,最佳状况可令至少一白光的演色性大于95。
前述产生第一白光与第二白光的步骤是为激发蓝光LED芯片以产生蓝光,续使蓝光通过一荧光层以分别产生一绿光与一红光,再将蓝光、红光与绿光混合后产生前述第一白光或第二白光。
前述使蓝光通过荧光层的步骤也可更改为使蓝光通过荧光层以分别产生黄光与红光,续将黄光、红光与蓝光混合以产生第一白光或第二白光。此外,也可使蓝光通过荧光层以分别产生绿光、黄光及红光,再将绿光、黄光、红光及蓝光混合后,产生前述第一白光或第二白光。
再者,前述产生第一白光与第二白光的步骤也可为激发紫外光(UV,ultraviolet)LED芯片以产生紫外光,续使紫外光通过一荧光层以分别产生一红光、绿光及一蓝光,再将红光、绿光与蓝光混合后产生前述第一白光或第二白光。
前述光色调制方法另包含调变单色LED以产生一单色光,续将该单色光、第一白光与第二白光混光,该单色光为窄频谱单色光,或较佳者,该单色光可为宽频谱单色光,其可由包含UV LED激发单色荧光粉形成;或者,其可由包含蓝光LED激发单色荧光粉形成,其中蓝光完全为单色荧光粉吸收,此也为宽频谱单色光定义的范畴之一。
而且,为实现上述目的,根据本发明光色调制方法的另一实施例,其包含调变多个宽频谱单色LEDs以产生第一宽频谱单色光与第二宽频谱单色光、及混合第一宽频谱单色光与第二宽频谱单色光。其中第一与第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于20纳米,较佳为大于或等于25纳米,最佳为大于或等于30纳米,值得注意的是:当半波宽的值越大,混合出来的光色频谱连续性越佳;其中,该第一宽频谱单色光的色坐标相异于该第二宽频谱单色光的色坐标。
而且,为实现上述目的,依据本发明光色可变的LED光源模块的第一实施例,此LED光源模块包含第一白光LED、第二白光LED及控制单元。第一白光LED被控制单元激发以产生第一白光且其演色性大于或等于85。第二白光LED被控制单元激发以产生第二白光并与第一白光混合。第二白光的演色性大于或等于85。第一白光的色坐标相异于该第二白光的色坐标。
其中第一白光LED与第二白光LED可以是分别包含一蓝光LED芯片及一荧光层。此荧光层包含有多个荧光粉。蓝光LED芯片被激发后产生蓝光。蓝光通过荧光层时,激发荧光粉而产生多种单色光,该些单色光与蓝光混合以产生前述第一白光或第二白光。控制单元借由调变第一、第二白光LED的电流、脉冲宽度或电流及脉冲宽度而调整混合光的色坐标或演色性。
依据本发明光色可变的LED光源模块的第二实施例,其包含第一白光LED、第二白光LED、单色光LED及控制单元。单色LED被控制单元激发而产生一单色光。此单色光是与该第一白光及该第二白光混合而产生混合光。控制单元借由调变第一白光LED、第二白光LED、及单色LED而得到预定色坐标或演色性的混合光。
除单色光与该第一白光及该第二白光混合而产生混合光外,也可选用宽频谱单色光,例如,该宽频谱单色光LED包含UV LED芯片及荧光层。荧光层具有一荧光粉,UV LED芯片被激发时产生一紫外光。紫外光通过该荧光层并发出该宽频谱单色光,将宽频谱单色光与该第一白光及该第二白光混合而产生混合光;或者,宽频谱单色光也可由蓝光LED芯片,搭配单色荧光粉,单色荧光粉完全吸收蓝光LED所发出光线,并转换为所需的宽频谱单色光。
而且,为实现上述目的,依据本发明光色可变的LED光源模块的第三实施例,其包含第一宽频谱单色LED、第二宽频谱单色LED、及控制单元。第一宽频谱单色LED被控制单元激发以产生第一宽频谱单色光。第二宽频谱单色LED被控制单元激发以产生第二宽频谱单色光。第二宽频谱单色光与第一宽频谱单色光混合而产生混合光,其中,该第一宽频谱单色LED及该第二宽频谱单色LED的半波宽大于或等于20纳米,该第一宽频谱单色光的色坐标相异于该第二宽频谱单色光的色坐标。
采用本发明的上述本发明的光色调制方法与光色可变的LED光源模块,可以调制出预定色坐标、色温或演色性的光线,并得到光频谱连续的混合光。并且,本申请利用电流通过下,白光LEDs的色温不容易随温度升高而产生飘移特性,使得不论是使用多个高演色性白光LEDs,或是搭配至少一单色光LED作光色及色温的调制时,更容易掌控在范围内作变化。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为依据本发明光色调制方法第一实施例的流程示意图;
图2A、图2B及图2C为依据本发明的第一白光与第二白光的光频谱示意图;
图3A与图3B为图2A、图2B与图2C在CIE色坐标图上的色坐标位置示意图;
图4为依据本发明光色调制方法第一实施例步骤S10的流程示意图;
图5为依据本发明光色调制方法步骤S100的第一实施例的流程示意图;
图6为依据本发明光色调制方法步骤S100的第二实施例的流程示意图;
图7为依据本发明光色调制方法步骤S100的第三实施例的流程示意图;
图8为依据本发明光色调制方法步骤S100的第四实施例的流程示意图;
图9为依据本发明光色调制方法第一实施例的第一附加流程示意图;
图10为依据本发明光色调制方法步骤S14的流程示意图;
图11为依据本发明光色调制方法第一实施例的第二附加流程示意图;
图12为依据本发明光色调制方法第二实施例的流程示意图;
图13为依据本发明光色调制方法步骤S20的流程示意图;
图14为依据本发明光色可变的发光二极管(LED)光源模块第一实施例的结构示意图;
图15为依据本发明光色可变的LED光源模块第二实施例的结构示意图;
图16为依据本发明光色可变的LED光源模块第三实施例的结构示意图;
图17为依据本发明光色可变的LED光源模块第四实施范围的结构示意图;
图18为依据本发明光色可变的LED光源模块应用于灯具的结构示意图。
其中,附图标记:
40.灯具
42:灯体
44a,44b:光色可变的LED光源模块
52:基板
520,522,524,526:单色LED芯片
60,70,80:光色可变的LED光源模块
62,72:第一白光LED
64,74:第二白光LED
56,66,76,86:控制单元
620,640,720,740,780,820,840:基板
622,642,722:蓝光LED芯片
624,644,724,744,784:荧光层
621,641:承载杯
625,645,728,748,786,825,845:导光胶质
626,646,725,745,826:第一荧光粉
627,647,726,746,846:第二荧光粉
727,747:第三荧光粉
785:第四荧光粉
742,782,822,842:UV LED芯片
824:第一荧光层
844:第二荧光层
78,82,84:宽频谱单色LED
90,92,94:峰值(蓝光、绿光、红光)
W1,W2,W3:第一、二、三白光
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
光色调制方法第一实施例
图1为依据本发明光色调制方法第一实施例的流程示意图。从图中可以见悉此光色调制方法包含S10:调变多个白光LED以产生至少一第一白光与一第二白光;以及S12:混合第一白光与第二白光。
前述光色调制方法是指调整所产生光线的色坐标的方法。第一白光与第二白光的演色性大于或等于85。较佳状态可令至少一白光的演色性大于或等于90,最佳状态可令至少一白光的演色性大于95。第一白光的色坐标相异于第二白光的色坐标。
请参考图2A、图2B与图2C,其为依据本发明的第一白光与第二白光的光频谱示意图。图2A中的水平轴表示波长,单位为纳米,垂直轴为光强度,单位为相对强度(A.U.)。从图2A中可以看出此光频谱具有三个主要峰值90,92,94,分别代表三个不同的颜色。标示为94的光谱附近代表红光。标示为92的光谱附近代表绿光。标示为90的光谱附近代表蓝光。由图2A的光谱图可以看出其所产生的光线为白光。此白光的成份中,蓝光90的光强度大于绿光92的光强度。绿光92的光强度大于红光94的光强度。在此例中,红光94、绿光92与蓝光90三色的峰值强度比值约为1∶0.6∶0.46。但本发明并不以此为限。从图2A中另可以见悉在可见光的光谱范围中(400-780纳米),各波长的光强度相当连续。图2A中的白光的演色性为94,色温为6000K。由于该实施例中,所使用的绿光荧光粉会吸收蓝光转换成绿光、红光荧光粉会吸收蓝光及绿光转换成红光,所以当蓝光电流增加时,蓝光强度增强,同时绿光荧光粉及红光荧光粉会同时吸收蓝光,也因此高演色性白光LED利用电流来调置发光强度时,其色温及坐标及频谱峰值比例并不随电流调置而改变。
在图2B中可以见悉,图2B的白光也具有红光94、绿光92及、蓝光90三种光色。其与图2A的差异在于图2B光谱图中主要色光的光强度由强到弱依序为蓝光90、红光94、绿光92。且三个光色的强度虽有差异,但差异不大。同样地,图2B中各波长的光强度相当连续,图2B中的白光的演色性经量测,其值也为94。
在图2C中白光的各主要光色的光强度由强到弱也序为红光94、绿光92及、蓝光90。其中,蓝光90与绿光92的光强度非常接近。此白光的各波长的光强度相当连续,其演色性也为94。
请续参考图3A与图3B。其是为图2A、图2B、与图2C在CIE色坐标图上的色坐标位置示意图。图中标示W1的点为对应图2A的白光的色坐标所在位置。图中标示W2的点为对应图2B的白光的色坐标所在位置。图中标示W3的点为对应图2C的白光的色坐标所在位置。
图2A的白光W1所在位置较接近蓝光位置(也因为其蓝光的比例较高的缘故),一般称为冷白光(Cool White)。其色温值约为6000K。图2B的白光W2所在位置较接近肉眼的白光位置,一般称为中性白光(Neutral White)。其色温值约为4200K。图2C的白光W3所在位置较接近红光的位置,一般称为暖白光(Warm White)。其色温值约为3700K。
步骤S10的第一白光或第二白光可以为图2A、图2B与图2C所示意的白光W1,W2,W3其中两种,但并不以此为限。
步骤S10所述调变多个白光LED以至少产生第一白光与第二白光是指调变二个或二个以上的白光LED。若仅有二个白光LED,则其分别产生第一白光与第二白光。若有三个具有相异色坐标的白光LED,则将会产生三种白光。也就是可能是如图2A、图2B与图2C所示的三种白光W1,W2,W3。若有超过二个白光LED被调变,但所有白光LED仅能产生二种白光(第一白光或第二白光),也属本发明的范畴。
步骤S10所述“调变”多个白光LED以产生第一白光与第二白光中的调变可以是调变该些白光LED的电流、或脉冲宽度等参数以调变第一白光与第二白光分别的发光强度。调变白光LED的电流指的是调整供给白光LED的电流强度来控制该白光LED的发光亮度。调变白光LED的脉冲宽度指的是以脉冲宽度变调(PWM,Pulse Width Modulation)方式驱动白光LED发光,借由调整单位时间内脉冲为高电平的总时间,以控制其发光强度。值得注意的是,前述调变参数可选择其一或结合运用,并且,前述调变参数仅为例示,非用来限定本发明的调变方式,凡现有本领域中可思及或已运用的调变参数及方法,都为本发明可运用手段的范畴。
前述调变白光LED的电流、脉冲宽度或亮度的方式,并不会对分别的白光LED所产生的第一白光或第二白光的光谱或色坐标产生变化,但将会对于所混合出来的混合白光的色坐标、色温与光谱产生变化。
步骤S10中的调变白光LED后,若以仅产生第一白光与第二白光为例,请参考图3B。图中若第一白光的色坐标为W1,第二白光的色坐标为W2。因此,当调变第一白光与第二白光的发光强度时,S12步骤所混合出来的混合光的色坐标将落在W1与W2的联机上。如此一来,即达到光色调制的目的。得以适应各种不同场合应用的需求。此外,由于第一白光与第二白光的演色性高,因此,所混合出来的光线也具有高演色性。
请再参阅图3A,同样地。若S10步骤产生了三种白光(以下称第一白光W1、第二白光W2、第三白光W3)。则步骤S10调变多个白光LED后,步骤S12混合出来的混合光的色坐标将会落在图3A的W1、W2、与W3的色坐标之间(即图式三角形内)。以此类推,若步骤S10产生了四种白光,则混合光可调整的色坐标区域可能更大、更具弹性。同时也能满足高演色性的需求。
前述第一白光与第二白光的色坐标相异是表示第一白光与第二白光的色差(Color Difference,AE)大于等于0.01。虽然同一种LED芯片(或称同一材质与工艺)且同一种荧光粉所产生的白光在微观角度来看,其色坐标也有些微差异,但若将此同一种LED芯片应用于步骤S10,其可调整的光色将非常有限,故较不建议采用。此外,虽然,图3A中各种白光的色坐标的距离相对较远,但本发明并不以此为限,只要满足色坐标相异的条件,即应属本发明的范畴。
步骤S12中的“混合”第一白光与第二白光,是可将第一白光与第二白光的照光路径直接重叠,也可利用导光介质将两者混合。此导光介质可以是但不限于透镜与光导管。此外,也可利用反射面将其反射而叠合。
请参阅图4,其为依据本发明光色调制方法第一实施例步骤S10的流程示意图。步骤S10包含S100:调变该些白光LED之一以产生该第一白光;以及S118:调变该些白光LED的另一以产生该第二白光。
续请参考图5阅览之。其是为依据本发明光色调制方法步骤S100的第一实施例的流程示意图。步骤S100的第一实施例包含S101:激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;S102:使该蓝光通过一荧光层以分别产生一绿光与一红光;以及S103:混合该绿光、该红光与该蓝光而产生该第一白光。
在此步骤S100的第一实施例中,关于如何能使蓝光通过荧光层而产生红光与绿光的内容,容后详述。
步骤S103混合红光、绿光与蓝光所产生的白光的光谱即可能类似于图2A、图2B与图2C的白光。
请参考图6。其是为依据本发明光色调制方法步骤S100的第二实施例的流程示意图。步骤S100的第二实施例包含:S105:激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;S106:使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光与一红光;以及S107:混合该黄光、该红光与该蓝光而产生该第一白光。
此步骤S100的第二实施例所混合而成的第一白光在黄光部分较为明显,绿光则较弱。不过此情形也可借由适当调变荧光层的材质、结构与成份来改变。
请参阅图7。其为依据本发明光色调制方法步骤S100的第三实施例的流程示意图。步骤S100的第三实施例包含:S109:激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;S110:使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光、一绿光与一红光;以及S111:混合该黄光、该绿光、该红光与该蓝光而产生该第一白光。
步骤S100的第三实施例所得的混合光色具有四个主要单色光(黄光、绿光、红光与蓝光),因此,仅需适当调配各单色光的比例,混合光即可得到较佳的演色性。
请参阅图8。其为依据本发明光色调制方法步骤S100的第四实施例的流程示意图。步骤S100的第四实施例包含:S113:激发一紫外光(Ultraviolet,UV)LED芯片以产生一紫外光;S114:使该紫外光通过一荧光层以分别产生蓝光、一绿光、与一红光;以及S115:混合该绿光、该红光与该蓝光而产生该第一白光。
此S100的第四实施例与第一至三实施例的差别在于第四实施例使用紫外光通过荧光层,而非使用蓝光通过荧光层。此四个实施例的荧光层的材质并不全然相同,同时,四个实施例所产生的各种单色光的特性也不相同,兹说明如下:
关于步骤S100的第一至三实施例所使用的蓝光LED芯片所发出蓝光的中心波长可以是在440-490纳米。
前述荧光层可以包含一导光胶材及散布在导光胶材中的荧光粉。前述荧光粉在被蓝光激发后会产生特定波长的光线,例如产生绿色波长、黄色波长、或红色波长的光线。
关于前述用以产生特定波长的荧光粉的材质,请参考下表。此荧光粉的材质虽以下表做为举例,但并不以此为限。
在步骤S102中所使用的荧光层是得以产生绿光与红光,即代表该荧光层中具有第一荧光粉与第二荧光粉。其中第一荧光粉即为上述被蓝光激发后会产生绿光的荧光粉。第二荧光粉即为上述被蓝光激发后会产生红光的荧光粉。第一荧光粉与第二荧光粉在荧光层中的比例(例如重量百分比)可以被适当地调配,以得到所需的第一白光的色坐标及演色性。例如,若第一荧光粉相对于整个荧光层的比例高于第二荧光粉,则所产生白光LED的绿光将多于红光。
上述实施例中的不同荧光粉占整个荧光层的重量百分比并不限定于一特定的比例,而是视使用者所需的色坐标与演色性而调整。即便两个白光LED中的荧光粉的重量百分比设定成相同,但也有可能因各荧光粉所在荧光层的位置不同,而使得此二个白光LED所发出的光线的色坐标有所差异。例如:若第一荧光粉与第二荧光粉的比例一样,但第一白光LED的第一荧光粉大多位于蓝光LED芯片的主要出光区(也可称出光光轴位置附近),而第二白光LED的第一荧光粉所在位置则远离蓝光LED芯片的主要出光区,如此一来,第一白光LED的第一荧光粉会被较多的蓝光所激发,而第二白光LED的第二荧光粉则仅会被较少的蓝光所激发,因此,虽第一白光LED与第二白光LED的荧光粉的比例相近,但所产生的第一白光不尽相同。
前述步骤S10的所述“调变”多个白光LED以产生第一白光与第二白光中的“调变”另可以是调变该些白光LED的色温、色坐标或光频谱,以产生不同色坐标、不同演色性的第一白光或第二白光。调变其色温、色坐标或光频谱的方法即同前述调整其荧光层中荧光粉的比例或所在位置、分布情形等等。
前述第一白光与第二白光的光谱范围在400nm到850nm之间。且第一白光LED与第二白光LED在分别被调变的范围内,其所产生的第一白光与第二白光的色温变化分别小于200K。
对应前述紫外光的荧光层与对应蓝光的荧光层的材质有所不同。步骤S100的第四实施例的荧光层包含一导光胶质与散布于该导光胶质的荧光粉。此荧光粉的材质请见于上表,故不再赘述。其中所采用第一荧光粉、第二荧光粉、第三荧光粉在被紫外光激发后产生红光、绿光及蓝光。前述用于紫外光的荧光粉占整个荧光层的比例也可视所需而调变,以得到所预定的色坐标、色温、演色性或光谱。调变方式同前,不再赘述。
前述步骤S100的第一、二、三、及第四实施例虽用以说明第一白光产生的方式,但也可应用于步骤S118中来产生与调变第二白光。
前述第一白光与第二白光的产生虽先以一单色LED芯片发出一单色光,之后,再借由此单色光来激发荧光层而产生其它光色的光,再将各光色混合而产生的,但第一白光与第二白光的产生方式并不以此混合白光的方式为限。前述第一白光与第二白光也可由白光LED芯片直接被调变而产生。
接着,请参考图9。其为依据本发明光色调制方法第一实施例的第一附加流程示意图。前述光色调制方法的第一实施例另可包含S14:调变至少一宽频谱单色LED以产生至少一宽频谱单色光;以及S16:混合该至少一宽频谱单色光、该第一白光与第二白光。
请参阅图10。步骤S14包含S140产生一紫外光;以及S142:使该紫外光通过一荧光层以产生该至少一宽频谱单色光。
步骤S140所产生的紫外光是为经由调变UV LED芯片而产生的紫外光。此紫外光通过仅具有单色荧光粉的荧光层,即会产生宽频谱单色光。步骤S142的单色荧光粉可以为但不限于前述步骤S100的第四实施例所述荧光粉。
步骤S14的宽频谱单色光也可以是由一蓝光芯片与一荧光层的组合而产生的。例如,在荧光层内充分散布有可产生黄光的荧光粉,此蓝光芯片所发出的蓝光经过荧光层后完全转换被吸收即可产生黄光,此黄光即可作为步骤S14的宽频谱单色光。再举一例,若将荧光层内的YaG成分增加,使蓝光芯片所发出的蓝光充分为YaG吸收,即可达到以蓝光芯片形成步骤S14的宽频谱单色光,此种宽频谱单色光虽于其频谱图上可以看到二个峰值,但,肉眼所见属于黄光,也属步骤S14的宽频谱单色光。
续请参考图11。前述光色调制方法的第一实施例另可包含S18:调变一单色LED以产生一单色光;以及S19:混合该单色光、该第一白光与第二白光。步骤S18的单色LED是指调变单色LED芯片以产生该单色光。此单色LED芯片可以是但不限于红光LED芯片、蓝光LED芯片、或绿光LED芯片。
此单色光与前述宽频谱单色光并不相同。此单色光是指单色LED芯片直接被激发(调变)所发出来的单色光线。例如红光LED芯片、蓝光LED芯片、绿光LED芯片被激发所产生的光线。宽频谱单色光则是指将UV LED芯片激发而产生的紫外光通过荧光层而产生的宽频谱单色光(包含单色LED芯片的单色光与被激发的光线)。因此,宽频谱单色LED的中心波长范围在400纳米至850纳米之间。宽频谱单色光的半波宽(FWHM,Full Width At Half Maximum)可以是大于或等于20纳米,较佳为大于或等于25纳米,最佳为大于或等于30纳米。相对地,单色光的半波宽则约为10纳米。因此,借由上述单色光或宽频谱单色光与第一、二白光混合,即可使可调变的色坐标、色温的范围大增,增加光色可调的弹性与空间。
此外,由于上述宽频谱单色光具有较大的半波宽,因此,在与第一白光与第二白光混合时,可以使其光谱的连续性增加,提高演色性。
光色调制方法第二实施例
其次,依据本发明光色调制方法的第二实施例,请参考图12。光色调制方法的第二实施例包含:S20:调变多个宽频谱单色LED以产生至少一第一宽频谱单色光及一第二宽频谱单色光;以及S22:混合该第一宽频谱单色光与该第二宽频谱单色光。其中第一宽频谱单色光及第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于20纳米(nm)且第一、二宽频谱单色光的色坐标不同。
步骤S20的“调变”多个宽频谱单色LED的方式与前述说明相同,包含调变宽频谱单色LED的电流、脉冲宽度、频谱、色温或亮度。第一、二宽频谱单色光经由调变与混光后,即可得到色坐标介于第一、二宽频谱单色光的分别色坐标的联机上。此外,由于宽频谱单色光的半波宽较一般单色光的半波宽为大,故调变后的频谱连续性及演色性也较佳。
S20的调变多个宽频谱单色LED的步骤也可以产生三种宽频谱单色光(意即产生第一、二、三宽频谱单色光)。且此三种宽频谱单色光的半波宽均大于或等于20纳米且其色坐标不同。因此,借由调变多个宽频谱单色LED并经混光后,此混合光的色坐标即可被适当的调整在介于第一、二、三宽频谱单色光的色坐标之间。
请参阅图13,其是为依据本发明光色调制方法步骤S20的流程示意图。步骤S20调变多个宽频谱单色LED的步骤包含S200:调变该些宽频谱单色LED之一以产生该第一宽频谱单色光;以及S202:调变该些宽频谱单色LED的另一以产生该第二宽频谱单色光。
步骤S200与S202的实施方式与前述步骤S14相同,故不再赘述。
上述实施例利用两种以上不同光色的宽带谱单色光,通过改变不同光色的宽带谱单色光的亮度、电流、频谱、色温或坐标等方式,调制出介于不同光色的宽带谱单色光所围坐标范围内的光色,来达到光色可变的LEDs光源系统。
该实施例所使用的宽带谱单色光为UVLED激发单色光荧光粉(R、G、B粉)来达到宽带谱单色光,且频谱宽度可以通过荧光粉的选择来调整,利用电流来调置发光亮度时,由于UV LED本身并不参与混光,所以当利用电流来调置宽带谱单色光发光强度时,并不会因为电流或热的产生造成发光波长的飘移,可以免除发光波长飘移的问题。
光色可变的发光二极管光源模块第一实施例
再者,请配合图14阅览之。其为光色可变的LED光源模块第一实施例的结构示意图。
光色可变的LED光源模块60包含一第一白光LED 62、一第二白光LED64、以及一控制单元66。
第一白光LED 62被激发以产生第一白光。此第一白光的演色性大于85。第二白光LED 64被激发以产生第二白光。第二白光与第一白光混合。第二白光的演色性大于85。第一白光的色坐标相异于第二白光的色坐标。控制单元66分别用以激发第一白光LED 62与该第二白光LED 64。
第一白光LED 62包含一基板620、一蓝光LED芯片622、及一荧光层624。基板620具有一承载杯621。蓝光LED芯片622被配置于承载杯621内并用以被激发以产生蓝光。此蓝光从蓝光LED芯片622发出后,即穿入荧光层624。
荧光层624包含一导光胶质625、一第一荧光粉626、及一第二荧光粉627。导光胶质625是供蓝光穿透。第一荧光粉626及第二荧光粉627被散布在导光胶质625之内。第一荧光粉626在经蓝光激发后,即会产生绿光。第二荧光粉627在经蓝光激发后,即会产生红光。因此,蓝光通过荧光层624后即激发第一荧光粉626以及第二荧光粉627而分别产生一绿光、红光。此绿光、红光即与蓝光混合后即形成前述第一白光。
前述的基板620可以是一导线架。
第二白光LED 64包含一基板640、一蓝光LED芯片642、及一荧光层644。基板640具有一承载杯641。蓝光LED芯片642被配置于承载杯641内并用以被激发以产生蓝光并穿入荧光层644内。
第二白光LED 64的荧光层644类似于第一白光LED 62的荧光层624。差别在于第二白光LED 64的第一荧光粉646与第二荧光粉647的材质、重量百分比、或散布于导光胶质645的方式与第一白光LED 62的第一荧光粉626与第二荧光粉627的材质、重量百分比、或散布于导光胶质625至少部分相异。例如:第二白光LED 64的第一、二荧光粉646,647的材质可以在蓝光芯片642所产生的蓝光经过荧光层644之后产生黄光与红光。黄光、红光与蓝光经过混合后,即产生第二白光。因此,此第二白光的色坐标即与第一白光的色坐标相异。
虽然第一白光LED 62与第二白光LED 64举例如上,但并不以此为限。任何能产生演色性大于85的白光均属本发明的范畴。例如,若将第一白光LED62的荧光层所选用的材质,在经过蓝光芯片激发后可产生黄光、绿光以及红光,经混合后演色性可大于85,也能达到本发明的目的。
前述第一白光与第二白光的“混合”是可借由调整第一白光LED 62与第二白光LED 64的出光角度来达到。或者可以借由反射罩、导光组件(如光导管)、或透镜来完成。
图14中所示的第一白光LED 62与第二白光LED 64是以相互分离的二个组件来表示,但也可以单独一个组件的方式实施。例如,将前述蓝光LED芯片622,642分别设置在同一基板上并分别覆盖其对应的荧光层624,644,换言之,以至少二芯片位于单一封装体内,续由控制单元经逻辑运算分别提供不同的电流或脉冲宽度或电流及脉冲宽度以改变第一白光或第二白光的发光强度,达到相异的色坐标;或借由对应荧光层中荧光粉材质的选用、重量百分比、及分布在导光介质的位置,来改变其色温、色坐标及频谱,达到相异的色坐标,再混合该第一白光及该第二白光,也能达到本发明的功效。
以实际设计结果,可令其为四颗芯片位于同一封装体内,其中,芯片种类可为蓝光芯片或是UV芯片,芯片所发出光线激发对应荧光层中的荧光粉,可形成色温相异的一第一白光、一第二白光、一第三白光、一第四白光,其中,荧光粉材质的选用已如上述,故不重述。或者,也可令芯片所发出光线激发对应荧光层中的荧光粉,可形成色温相异的一第一红光、一第二红光、一绿光、一蓝光,将该些光线混合达到色温可调变的效果;或者令芯片所发出光线激发对应荧光层中的荧光粉,可形成色温相异的一第一绿光、一第二绿光、一蓝光、一红光,将该些光线混合达到色温可调变的效果;或者令芯片所发出光线激发对应荧光层中的荧光粉,可形成色温相异的一红光、一绿光、一蓝光及一白光,将该些光线混合达到色温可调变的效果。
前述控制单元66是分别提供驱动蓝光LED芯片642,622所需的电能。例如控制单元66可输出连续性的直流电流给蓝光LED芯片642,622并控制分别电流的大小,以达到调变的目的。或者,控制单元66输出脉冲宽度变调的电流给蓝光LED芯片642,622,以适当的控制第一白光与第二白光的发光亮度,并得到预定的色坐标、色温或演色性。
光色可变的发光二极管光源模块第二实施例
请参阅图15,其为依据本发明光色可变的LED光源模块第二实施例的结构示意图。图中可以看见光色可变的LED光源模块70包含第一白光LED 72、第二白光LED 74、宽频谱单色LED 78与控制单元76。
此光色可变的LED光源模块的第二实施例的架构与第一实施例类似,差别在于(a)第一白光LED 72与第二白光LED 74的细部结构、及(b)第二实施例增加了一个宽频谱单色LED 78。
第二实施例的第一白光LED 72包含基板720、蓝光LED芯片722及荧光层724。荧光层724包含导光胶质728、第一荧光粉725、第二荧光粉726、及第三荧光粉727。蓝光LED芯片722在被控制单元76激发后发出蓝光。此蓝光通过荧光层724后,分别激发第一、第二、第三荧光粉725,726,727而产生红光、黄光、及绿光。此红光、黄光、绿光、与蓝光混合后即产生第一白光。
关于能被蓝光激发而产生红光、黄光、及绿光的荧光粉725,726,727的材质,前文已叙及,不再赘述。
第二白光LED 74包含基板740、UV LED芯片742、及荧光层744。此荧光层744包含有导光胶质748、第一荧光粉745、第二荧光粉746及第三荧光粉747。UV LED芯片742被控制单元76激发而产生紫外光。此紫外光通过荧光层744则分别激发了第一、二、三荧光粉745,746,747而产生红光、绿光与蓝光。红光、绿光与蓝光经过混光后,即产生第二白光。
控制单元76借由适当调变第一白光LED 72与第二白光LED 74,即可调整混合光的色坐标与演色性。混光的方法、原理因与上述光色调制方法的实施例相同,故在此不加赘述。
而本第二实施例中的宽频谱单色LED包含基板780、UV LED芯片782及荧光层784。荧光层784包含导光胶质786及第四荧光粉785。此第四荧光粉785在被UV LED芯片782所产生的紫外光所激发而发出一宽频谱单色光。此宽频谱单色光即与前述第一白光及第二白光混合并产生混合光。此混合光的光色(色坐标)、色温或演色性即可借由控制单元76的适当调变而达到默认值。
第四荧光粉的材质与上述步骤S100的第四实施例的任一种荧光粉材质相同,不再赘述。
最后,此第二实施例另外也可包含一单色LED,此单色LED的材质可同于前述步骤S18的单色LED。仍能达到光色可变的目的。
光色可变的发光二极管光源模块第三实施例
接着,请参阅图16,其为依据本发明光色可变的LED光源模块第三实施例的结构示意图。此光色可变的LED光源模块80包含一第一宽频谱单色LED82、一第二宽频谱单色LED 84、及一控制单元86。
第一宽频谱单色LED 82被控制单元86激发以产生一第一宽频谱单色光。第二宽频谱单色LED 84被控制单元86激发以产生一第二宽频谱单色光,该第二宽频谱单色光与该第一宽频谱单色光混合。
第一宽频谱单色LED 82包含一基板820、一UV LED芯片822及一第一荧光层824。第一荧光层824包含导光胶质825及第一荧光粉826。此第一荧光粉826在被UV LED芯片822所发出的紫外光所激发后即会产生第一宽频谱单色光。
第二宽频谱单色LED 84的UV LED芯片842被配置于基板840上。第二荧光层844包含导光胶质845及第二荧光粉846。UV LED芯片842所产生的紫外光通过第二荧光层844的第二荧光粉846即会产生第二宽频谱单色光。此第二宽频谱单色光的色坐标与第一宽频谱单色光的色坐标相异。因此,当控制单元86分别调变第一、二宽频谱单色LED 82,84时,混合光的色坐标将会落在第一、二宽频谱单色光色坐标的联机。
前述第一、第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于20纳米,较佳为大于或等于25纳米,最佳为大于或等于30纳米。第一、第二宽频谱单色光的中心波长范围在400纳米至850纳米之间。是以,混合光的演色性将优于现有技术。
前述第一、二荧光粉826,846的材质可选用如上述步骤S100的第四实施例的任一种荧光粉材质,故不再赘述。
前述UV LED芯片742,782,822,842所产生的紫外光可以是但不限于紫外光、近紫外光或深紫外光。
光色可变的发光二极管光源模块的第四实施范例
请配合图17阅览之。图17为本发明光色可变的发光二极管光源模块第四实施范例的结构示意。上述图14、图15及图16的实施例在单一基板上放置一发光芯片后进行封装的方式为之,而图17则是将多个发光芯片配置于单一基板(或称载板)上再进行封装的实施范围。从图17可以见悉,此实施例包含基板52、第一单色LED芯片520、第二单色LED芯片522、第三单色LED芯片524、第四单色LED芯片526及控制单元56。在第一、二、三、四单色LED芯片520,522,524,526上方可选择性地使分别具有荧光层(由于视角关系,故未进行编号标示)。而此荧光层内另具有至少一种前述的荧光粉(由于视角关系,故未进行编号标示)。举例说明,前述第一、二、三、四单色LED芯片520,522,524,526所发出的单色光(可以是可见光或UV光)可经过荧光层并混合后,即产生色温可调的白光。
前述第一、二、三、四单色LED芯片520,522,524,526所发出的单色光(可以是可见光或UV光)可选择性地经过荧光层后,即分别产生四种光线。此四种光线可以有多种组合,视单色LED芯片520,522,524,526及荧光层内的荧光粉的选择而定。举例说明,该四种光线可以是但不限于(A)四种前述白光、(B)第一红光、第二红光、绿光、及蓝光、(C)红光、第一绿光、第二绿光、及蓝光、(D)红光、绿光、蓝光及白光。
关于如何选择前述单色LED芯片520,522,524,526及荧光粉由于前文已述及,不再重复。
此外,图17中可以见悉,该第一、二、三、四单色LED芯片520,522,524,526以阵列方式配置,但并不以此为限,也可采用一维阵列、环状或其它任何形状方式配置或排列。
光色可变的发光二极管光源模块应用的实施范例
最后,请参阅图18。其为依据本发明光色可变的LED光源模块应用于灯具的结构示意图。此灯具40包含一灯体42及光色可变的LED光源模块44a,44b。灯具40可为固定式灯具或可移动式灯具。而固定式灯具也可为室内固定式灯具或户外固定式灯具。室内固定式灯具可以是但不限于内嵌灯、吸顶灯、投射灯或壁灯。室外固定式灯具则可以是但不限于投射灯、地底灯、或壁灯。可移动式灯具可以是手电筒或照明灯。
前述光色可变的LED光源模块44a,44b可采用上述第一、第二、第三、或第四实施例的光源模块。简言之,可采用二个白光混合式的光色可变的LED光源模块44a,44b,或者二个宽频谱单色光混合、或者至少一个宽频谱单色光再加上白光的混合。此外,虽然图18中采用多个光色可变的LED光源模块44a,44b设置于一灯体42内,但并不以此为限,实际应用时可以仅采用一个、二个光色可变的LED光源模块,视实际应用的需求而定。
当然,本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (39)
1.一种光色调制方法,其特征在于,该方法包含:
调变多个白光LED以产生至少一第一白光与一第二白光,该第一白光与该第二白光的演色性大于或等于85,该第一白光的色坐标相异于该第二白光的色坐标;以及
混合该第一白光与该第二白光。
2.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,所述调变多个白光LED以产生至少一第一白光与一第二白光的步骤为调变该些白光LED的电流或脉冲宽度参数至少其一。
3.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,该第一白光与该第二白光的色差大于0.01。
4.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,该第一白光或该第二白光的演色性大于95。
5.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,所述调变多个白光LED以产生至少一第一白光与一第二白光的步骤包含:
调变该些白光LED之一以产生该第一白光;以及
调变该些白光LED的另一以产生该第二白光。
6.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED之一以产生该第一白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一绿光与一红光;以及
混合该绿光、该红光与该蓝光以产生该第一白光。
7.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED之一以产生该第一白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光与一红光;以及
混合该黄光、该红光与该蓝光以产生该第一白光。
8.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED之一以产生该第一白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光、一绿光与一红光;以及
混合该黄光、该绿光、该红光与该蓝光以产生该第一白光。
9.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED之一以产生该第一白光的步骤包含:
激发一紫外光LED芯片以产生一紫外光;
使该紫外光通过一荧光层以分别产生蓝光、一绿光、与一红光;以及
混合该绿光、该红光与该蓝光以产生该第一白光。
10.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED的另一以产生该第二白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一绿光与一红光;以及
混合该绿光、该红光与该蓝光以产生该第二白光。
11.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED的另一以产生该第二白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光与一红光;以及
混合该黄光、该红光与该蓝光以产生该第二白光。
12.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED的另一以产生该第二白光的步骤包含:
激发一蓝光LED芯片以产生一蓝光;
使该蓝光通过一荧光层以分别产生一黄光、一绿光与一红光;以及
混合该黄光、该绿光、该红光与该蓝光以产生该第二白光。
13.根据权利要求5所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些白光LED的另一以产生该第二白光的步骤包含:
激发一紫外光LED芯片以产生一紫外光;
使该紫外光通过一荧光层以分别产生蓝光、一绿光、与一红光;以及
混合该绿光、该红光与该蓝光以产生该第二白光。
14.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,另包含:
调变至少一宽频谱单色LED以产生至少一宽频谱单色光;以及
混合该至少一宽频谱单色光、该第一白光与第二白光。
15.根据权利要求14所述的调制方法,其特征在于,所述产生至少一宽频谱单色光的步骤包含:
产生一紫外光;以及
使该紫外光通过一荧光层以产生该至少一宽频谱单色光。
16.根据权利要求1所述的调制方法,其特征在于,另包含:
调变一单色LED以产生一单色光;以及
混合该单色光、该第一白光与第二白光。
17.一种光色调制方法,其特征在于,包含:
调变多个宽频谱单色LED以产生至少一第一宽频谱单色光及一第二宽频谱单色光,该第一宽频谱单色光及该第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于20纳米,该第一宽频谱单色光的色坐标相异于该第二宽频谱单色光的色坐标;以及
混合该第一宽频谱单色光与该第二宽频谱单色光。
18.根据权利要求17所述的调制方法,其特征在于,所述调变多个宽频谱单色LED以产生至少一第一宽频谱单色光及一第二宽频谱单色光的步骤为调变该些宽频谱单色LED的电流或脉冲宽度参数至少其一。
19.根据权利要求17所述的调制方法,其特征在于,该第一宽频谱单色光或该第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于25纳米。
20.根据权利要求17所述的调制方法,其特征在于,所述调变多个宽频谱单色LED以产生至少一第一宽频谱单色光及一第二宽频谱单色光的步骤包含:
调变该些宽频谱单色LED之一以产生该第一宽频谱单色光;以及
调变该些宽频谱单色LED的另一以产生该第二宽频谱单色光。
21.根据权利要求20所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些宽频谱单色LED之一以产生该第一宽频谱单色光的步骤包含:
产生一紫外光;以及
使该紫外光通过一荧光层以产生该第一宽频谱单色光。
22.根据权利要求20所述的调制方法,其特征在于,所述调变该些宽频谱单色LED的另一以产生该第二宽频谱单色光的步骤包含:
产生一紫外光;以及
使该紫外光通过一荧光层以产生该第二宽频谱单色光。
23.一种光色可变的发光二极管光源模块,包含:
一第一白光LED,被激发以产生一第一白光,该第一白光的演色性大于或等于85;
一第二白光LED,被激发以产生一第二白光,该第二白光的演色性大于或等于85,该第一白光的色坐标相异于该第二白光的色坐标;以及
一控制单元,分别激发该第一白光LED与该第二白光LED。
24.根据权利要求23所述的光源模块,其特征在于,该第一白光LED包含一蓝光LED芯片及一荧光层,该荧光层具有多个荧光粉,该蓝光LED芯片被激发时产生一蓝光,该蓝光通过该荧光层以发出该第一白光。
25.根据权利要求24所述的光源模块,其特征在于,该蓝光通过该荧光层时分别产生一绿光与一红光,该绿光、该红光与该蓝光混合产生该第一白光。
26.根据权利要求24所述的光源模块,其特征在于,该蓝光通过该荧光层时分别产生一黄光、绿光及一红光,该黄光、该绿光、该红光与该蓝光混合产生该第一白光。
27.根据权利要求24所述的光源模块,其特征在于,该蓝光通过该荧光层时分别产生一黄光与一红光,该黄光、该红光与该蓝光混合产生该第一白光。
28.根据权利要求23所述的光源模块,其特征在于,该第一白光LED包含一UV LED芯片及一荧光层,该荧光层具有多个荧光粉,该紫外光通过该荧光层以发出该第一白光。
29.根据权利要求23所述的光源模块,其特征在于,该第二白光LED包含一蓝光LED芯片及一荧光层,该蓝光LED芯片被激发时产生一蓝光,该蓝光通过该荧光层以发出该第二白光。
30.根据权利要求23所述的光源模块,其特征在于,另包含至少一宽频谱单色LED,该宽频谱单色LED被该控制单元激发而产生一宽频谱单色光,该宽频谱单色光的半波宽大于或等于20纳米。
31.根据权利要求30所述的光源模块,其特征在于,该至少一宽频谱单色LED包含一UV LED芯片及一荧光层,该UV LED芯片被激发时产生一紫外光,该紫外光通过该荧光层并发出该宽频谱单色光。
32.根据权利要求30所述的光源模块,其特征在于,该宽频谱单色光的半波宽大于或等于25纳米。
33.一种光色可变的发光二极管光源模块,其特征在于,包含:
一第一宽频谱单色LED,被激发以产生一第一宽频谱单色光;
一第二宽频谱单色LED,被激发以产生一第二宽频谱单色光,其中,该第一宽频谱单色LED及该第二宽频谱单色LED的半波宽大于或等于20纳米,该第一宽频谱单色光的色坐标相异于该第二宽频谱单色光的色坐标;以及
一控制单元,分别激发该第一宽频谱单色LED与该第二宽频谱单色LED。
34.根据权利要求33所述的光源模块,其特征在于,该第一宽频谱单色LED包含一UV LED芯片及一荧光层,该UV LED芯片被激发时产生一紫外光,该紫外光通过该荧光层并发出该第一宽频谱单色光。
35.根据权利要求33所述的光源模块,其特征在于,该第二宽频谱单色LED包含一UV LED芯片及一荧光层,该UV LED芯片被激发时产生一紫外光,该紫外光通过该荧光层并发出该第二宽频谱单色光。
36.根据权利要求33所述的光源模块,其特征在于,该第一宽频谱单色光的半波宽大于或等于25纳米,或该第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于25纳米。
37.根据权利要求33所述的光源模块,其特征在于,该第一宽频谱单色光的半波宽大于或等于30纳米,或该第二宽频谱单色光的半波宽大于或等于30纳米。
38.一种光色可变的发光二极管光源模块,其特征在于,包含:
基板;
第一单色LED芯片,其上方具有一第一荧光层;
第二单色LED芯片,其上方具有一第二荧光层;
第三单色LED芯片,其上方具有一第三荧光层;
第四单色LED芯片,其上方具有一第四荧光层,该第一单色LED芯片、第二单色LED芯片、第三单色LED芯片及第四单色LED芯片共同封装于该基板中;及
控制单元,分别激发该第一单色LED芯片、第二单色LED芯片、第三单色LED芯片及第四单色LED芯片以发出单色光,所述单色光为可见光或UV光,并且,该第一单色LED芯片、第二单色LED芯片、第三单色LED芯片及第四单色LED芯片所发出的单色光经过各自的荧光层产生四种光线,该四种光线为白光或宽频谱单色光,并且,该四种光线混合后产生白光。
39.一种灯具,其特征在于,包括一个或多个权利要求23至38中任意一项所述的光色可变的发光二极管光源模块。
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